中國粉體網(wǎng)訊 硅微粉（SiO2）是一種無味,、無毒,、無污染的無機非金屬材料。近年來球形硅微粉成為了國內(nèi)粉體研究中的一個熱點內(nèi)容,。球形硅微粉在大規(guī)模集成電路封裝,、航工航天、涂料,、醫(yī)藥及日用化妝品等領(lǐng)域應(yīng)用較多,，是一種不可替代的重要填料。
圖片來源：聯(lián)瑞新材
1 球形硅微粉特性
球形硅微粉為白色粉末,，純度比較高,，顆粒很細(xì)，具有良好的介電性能與導(dǎo)熱率,，并具備膨脹系數(shù)低,、高耐熱、高耐濕,、高填充量,、低膨脹、低應(yīng)力,、低雜質(zhì),、低摩擦系數(shù)等優(yōu)點。與角形硅微粉相比,，球形硅微粉具有以下優(yōu)點,。
(1)球的表面流動性好，與樹脂攪拌成膜均勻，使得樹脂的添加量小,，硅微粉的填充量達(dá)到最高,，因此球形化意味著硅微粉填充率的增加，而硅微粉的填充率越高,，其熱膨脹系數(shù)就越小，導(dǎo)熱系數(shù)也越低,，也就越接近單晶硅的熱膨脹系數(shù),，由此生產(chǎn)的電子元器件的使用性能也越好。
(2)與角形硅微粉制成的塑封料相比,，球形的塑封料應(yīng)力集中最小,、強度最高，當(dāng)角形粉的塑封料應(yīng)力集中為1時,，球形粉的應(yīng)力僅為0.6,。由此制成的微電子器件成品率高，便于運輸,、安裝,，并且在使用過程中不易產(chǎn)生機械損傷。
(3)相比于角形硅微粉,，球形粉摩擦系數(shù)小,，對模具的磨損小，使得模具的使用壽命可提高一倍,。
2 球形硅微粉發(fā)展現(xiàn)狀
世界上只有中國,、美國、德國,、日本等少數(shù)國家具備硅微粉生產(chǎn)能力,。我們國家盛產(chǎn)石英并且礦源分布廣泛，全國范圍內(nèi)的大小硅微粉廠近百家,，但基本上都屬于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè),。由于國內(nèi)大部分生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小、品種單一,，采用非礦工業(yè)的常規(guī)加工設(shè)備,，在工藝過程中缺乏系統(tǒng)的控制手段，很多企業(yè)硅微粉產(chǎn)品的純度,、粒度以及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差,，難以與進口產(chǎn)品抗衡。
目前,，高端的球形硅微粉生產(chǎn)企業(yè)主要有：日本龍森公司,、電化株式會社、日本新日鐵公司、日本雅都瑪公司等,，國內(nèi)企業(yè)包括聯(lián)瑞新材和浙江華飛電子基材有限公司,。電化株式會社、日本龍森公司和日本新日鐵公司三家企業(yè)合計占據(jù)了全球球形硅微粉70%的市場份額,，日本雅都瑪公司則壟斷了1微米以下的球形硅微粉市場,。
3 球形硅微粉制備方法
目前國內(nèi)外制備球形硅微粉的方法有物理法和化學(xué)法。物理法主要有火焰成球法,、高溫熔融噴射法,、自蔓延低溫燃燒法、等離子體法,、和高溫煅燒球形化等,；化學(xué)方法主要有氣相法、水熱合成法,、溶膠-凝膠法,、沉淀法、微乳液法等,。
3.1火焰成球法
火焰成球法的工藝流程為：首先對高純石英砂進行粉碎,、篩分和提純等前處理，然后將石英微粉送入燃?xì)?氧氣產(chǎn)生的高溫場中,，進行高溫熔融,、冷卻成球，最終形成高純度球形硅微粉,。
火焰成球法生產(chǎn)工藝更加簡單,，有利于進行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，發(fā)展前景較好,。通過火焰成球法制備的球形硅微粉可以符合集成電路封裝需求,。
3.2高溫熔融噴射法
高溫熔融噴射法是將高純度石英在2100-2500℃下熔融為石英液體，經(jīng)過噴霧,、冷卻后得到的球形硅微粉,，其表面光滑，球形化率和非晶形率均可達(dá)到100％,。高溫熔融噴射法易保證球化率和無定形率,，但該技術(shù)的難度是高溫材料，粘稠的石英熔融液體的霧化系統(tǒng)以及解決防止污染和進一步提純的問題,。
3.3氣相法
氣相法是以硅鹵烷作為原料,，在高溫條件下水解制備得到超細(xì)球形二氧化硅微粉。經(jīng)水解反應(yīng)的二氧化硅分子互相凝集形成球形顆粒,，這些顆�,；ハ嗯鲎踩诤闲纬删奂w,，這些聚集體便凝聚形成球形粉體。
該方法制備的產(chǎn)品中HCl等雜質(zhì)含量高,，pH低,，不能作為主材料應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，只能少量加入,，調(diào)整黏度,、增加強度等功能，另外原料昂貴,，設(shè)備要求較高,，技術(shù)較復(fù)雜。
3.4化學(xué)沉淀法
沉淀法制備硅微粉是以水玻璃和酸化劑為原料,，適時加入表面活性劑,，控制反應(yīng)溫度,，在沉淀溶液pH值為8時加入穩(wěn)定劑,，所得沉淀經(jīng)洗滌、干燥,、煅燒后形成硅微粉,。沉淀法生成的硅微粉粒徑均勻且成本低，工藝易控制,，有利于工業(yè)化生產(chǎn),，但存在一定的團聚現(xiàn)象。
3.5水熱合成法
水熱合成法是液相制備納米粒子的一種常用方法,一般在100-350℃溫度和高氣壓環(huán)境下,，使無機和有機化合物與水化合,，利用強烈對流(釜內(nèi)上下部分的溫度差而在釜內(nèi)溶液產(chǎn)生)將這些離子、分子或離子團被輸運到放有籽晶的生長區(qū)(即低溫區(qū))形成過飽和溶液,繼而結(jié)晶,。得到的無機物再經(jīng)過濾,、洗滌和干燥，最終得到高純,、超細(xì)的微粒子,。
水熱法的可直接生成氧化物，避免了一般液相合成法需要經(jīng)過鍛燒轉(zhuǎn)化成氧化物這一步驟,，從而降低了硬團聚的形成幾率,。
4 球形硅微粉應(yīng)用領(lǐng)域
4.1電子與電器行業(yè)
電子器件通常采用環(huán)氧塑封料（EMC）進行封裝，而硅微粉作為常規(guī)用途的優(yōu)良填充料,，可以使環(huán)氧塑封料獲得高性價比,。球形硅微粉則因其高填充、高流動,、低磨損,、低應(yīng)力的特性大量用于高端半導(dǎo)體器件封裝,。特別是精確控制粗大粒子的球形硅微粉，還可用于窄間隙封裝的環(huán)氧塑封料,，以及底部填充劑（Underfiller）,、球形封裝(Globetop)等液體封裝樹脂的填充料和各種樹脂基板(Substrate)用填料。
電子與電器產(chǎn)品中的電源等組件常采用環(huán)氧或有機硅的電子灌封膠進行固封,。結(jié)晶硅微粉,、熔融硅微粉、球形硅微粉可以根據(jù)熱膨脹系數(shù),、導(dǎo)熱性,、粘度、成本等多方面的考量進行選用作為灌封膠填料,。
4.3蜂窩陶瓷
汽車尾氣凈化用蜂窩陶瓷載體和柴油發(fā)動機尾氣凈化用堇青石材料的汽車尾氣過濾器DPF(Diesel Particulate Filter),，以氧化鋁、硅微粉等多種材料經(jīng)混合,、擠出成型,、干燥、燒結(jié)等加工制得,。球形硅微粉可以提高蜂窩陶瓷制品成型率,、穩(wěn)定性。
4.4油漆與涂料
球形硅微粉可以為涂料應(yīng)用在耐刮擦,、流平性,、透明度、耐候性等方面帶來優(yōu)異的性能表現(xiàn),，其中包括裝飾漆,、木器漆、粉末涂料,、防腐涂料,、地坪涂料等。
4.5膠黏劑
球形硅微粉可以用于風(fēng)電葉片及類似大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的粘接用膠,、建筑結(jié)構(gòu)膠等膠黏劑領(lǐng)域,，使得膠黏劑具有適當(dāng)?shù)恼扯取?yōu)異的觸變性和抗流掛性,，粘接強度高,、抗疲勞。
4.6尖端應(yīng)用領(lǐng)域
亞微米球形硅微粉非常適合降低各種樹脂和油漆的粘度,，以及改善流動性,，減少毛邊等用途，廣泛適用于半導(dǎo)體封裝用各種樹脂的流動性助長以及毛邊減少的添加劑,、炭粉外添劑,、硅橡膠填充料,、燒結(jié)材料和助劑、液體封裝材料用填料,、各種樹脂填料,、樹脂基板、窄間隙用途,。
參考來源：
【1】李勇,，等.球形硅微粉制備方法與應(yīng)用研究.
【2】李曉東，等.亞微米球形硅微粉的制備技術(shù)研究進展.新技術(shù)新工藝.2020.
【3】江蘇聯(lián)瑞新材料股份有限公司
【4】李建德,，等.X射線衍射法分析球形二氧化硅微粉中α態(tài)晶體二氧化硅含量.廣東化工.2021.
【5】阮建軍. 球形硅微粉的研究進展.科技視界.
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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